Hayati, September 2006, hlm. 107-112 ISSN 0854-8587
Vol. 13, No. 3
Pewarisan Ketahanan Penyakit Blas (Pyricularia grisea Sacc.) pada Persilangan Padi IR64 dengan Oryza rufipogon Griff Inheritance of Blast Resistance (Pyricularia grisea Sacc.) on Interspecific Crossing between IR64 and Oryza rufipogon Griff DWINITA WIKAN UTAMI1∗∗, HAJRIAL ASWIDINNOOR2, SUGIONO MOELJOPAWIRO1, IDA HANARIDA1, REFLINUR1 1
Balai Besar Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian, Jalan Tentara Pelajar 3A, Bogor 16111 2 Departemen Agronomi, Faperta, Institut Pertanian Bogor, Kampus Darmaga, Bogor 16680 Diterima 14 Maret 2005/Disetujui 1 September 2006
Blast disease affected by Pyricularia grisea causes high percentage of yield losses in rice production. The improvement of durable Blast resistance is difficult due to the complexity of the inheritance of this trait. This study was conducted to evaluate the genetic control and inheritance of Blast resistance trait in interspesific population between IR 64 (accepted Indonesian rice type, medium resistant to Indonesian Blast pathogen) and Oryza rufipogon (AA genome; acc. No.IRGC#105491; donor for Blast resistance). Six populations, i.e. P1, P2, F1, F2, BCP1, and BCP2, were inoculated with three Indonesian races of Blast pathogen. The disease intensity was determined on the basis of disease leaf area (DLA). The three types of gene interactions (additive, dominance, and epistatis) were significantly involved in this trait. Among the digenic epistasis interactions, all of the additive x additive [i], additive x dominance (j) and dominance x dominance (l) contributed to the trait. Broad-sense heritability ranged from 50.30 up to 91.20%, while the narrow heritability ranged from 16.98 up to 73.20%. The presence of additive gene effect indicated that selection of this trait is promising. Key words: inheritance, Blast resistance, wild rice, Oryza rufipogon ___________________________________________________________________________
PENDAHULUAN Penyakit Blas yang disebabkan oleh cendawan patogen Pyricularia grisea Sacc. (sinonim dengan Pyricularia oryzae Cavara, Rossman et al. 1990) adalah salah satu penyakit penting pada padi gogo dan padi sawah (Orbach et al. 2000). Tingkat kehilangan hasil akibat serangan penyakit Blas di daerah endemik mencapai 11-50% (Baker et al. 1997; Scardaci et al. 1997). Metode yang sering digunakan dalam pengendalian penyakit ini adalah penggunaan fungisida dan varietas tahan (Wang et al. 1994; Saka 2006). Tersedianya varietas padi yang tahan terhadap penyakit Blas penting untuk mempertahankan stabilitas hasil padi dan mengurangi penggunaan pestisida (Dioh et al. 2000). Cendawan Blas mempunyai perkembangan seluler dan morfologi yang bersifat sangat adaptif pada tanaman padi yang diinfeksinya (Dean et al. 1994). Cendawan patogen P. grisea juga diketahui mempunyai keragaman genetika yang tinggi (George et al. 1998; Ahn et al. 2000). Ras-ras patogen Blas dapat berubah sifat virulensinya dalam waktu singkat, bergantung pada inang dan pengaruh lingkungan. Dilihat dari faktor genetika tanaman padi sifat tahan Blas memiliki pola pewarisan yang kompleks dan spesifik untuk populasi tanaman padi dan ras atau isolat yang digunakan (Amante et al. 1992). _________________ ∗ Penulis untuk korespondensi, Tel. +62-251-316897, Fax. +62-251-338820, E-mail:
[email protected]
Studi genetika sifat ketahanan padi terhadap penyakit Blas dengan menggunakan sumber gen asal padi liar (Oryza rufipogon), belum pernah dilakukan di Indonesia. Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa spesies padi liar O. rufipogon selain memiliki quantitative trait loci (QTL) untuk ketahanan terhadap penyakit Blas (Utami et al. 2001), daya hasil tinggi dan kualitas benih yang baik (Septiningsih et al. 2002). Hal ini menyebabkan spesies liar O. rufipogon berpotensi digunakan sebagai sumber gen perbaikan ketahanan padi terhadap penyakit Blas sekaligus untuk peningkatan potensi hasil padi. Tujuan penelitian adalah menganalisis pola pewarisan sifat ketahanan padi terhadap penyakit cendawan Blas Ras 001, 033, dan 173, pada populasi interspesifik antara padi varietas padi IR64 dan O. rufipogon. Ketiga isolat uji di atas, yaitu Ras 001, 033, dan 173, adalah isolat dominan di seluruh lokasi endemik penyakit Blas di Indonesia dan mewakili keragaman genetika tipe sidik jari DNA. Ras 001 memiliki sifat virulensi yang rendah terhadap inang, Ras 033 bersifat virulensi sedang, dan Ras 173 bersifat virulensi tinggi (Utami et al. 2000). BAHAN DAN METODE Penelitian pola pewarisan sifat ketahanan padi terhadap Blas menggunakan enam populasi, yaitu sepuluh tanaman masing-masing untuk tetua P1 = IR 64 dan P2 = O. rufipogon, 20 tanaman masing-masing untuk populasi F1 (P1/P2) dan
108
UTAMI ET AL.
Hayati
populasi back cross tetua 1 (BCP1) dan tetua 2 (BCP2), serta 100 tanaman untuk populasi F2 (P1/P2) (Jones et al. 1997). Setiap tanaman padi dari masing-masing populasi, ditambah dengan tanaman padi pembanding peka (varietas Kencana Bali) diuji sifat ketahanannya terhadap tiga ras Blas uji. Inokulasi dianggap berhasil bila padi varietas Kencana Bali menunjukkan skor 9 (tanaman mati) terhadap ras paling virulen, yaitu Ras 173. Evaluasi dilakukan pada masing-masing tanaman padi secara tunggal. Inokulasi dilakukan dengan metode semprot menggunakan kepekatan inokulum 3 x 105 spora/ml dalam dH2O (Bonman et al. 1986). Pengamatan dilakukan pada saat tanaman memiliki 3-4 daun (18-24 hari setelah tanam) (Ou 1985; Utami et al. 2001). Tanaman padi yang telah diinokulasi diberikan skor intensitas serangan cendawan Blas berdasarkan persentase luasan bercak. Standar penilaian tingkat ketahanan tanaman padi pada masing-masing populasi dilakukan sesuai dengan sistem evaluasi (SES) IRRI (1996). Reaksi ketahanan tanaman untuk setiap populasi ditentukan berdasarkan persentase luas daun terserang (LDT), sesuai dengan skala skor pada Tabel 1. Selanjutnya dilakukan pengujian kesesuaian nilai pengamatan dengan nilai harapan pada populasi F2, digunakan Uji Khi-kuadrat (χ2) (Singh & Chaudhary 1979) sebagai berikut: χ2 = Σ (Oi – Ei)2/Ei2 χ2 = nilai χ2 hitung, Oi = nilai pengamatan tingkat ketahanan padi terhadap Blas pada kelas ke-i; Ei = nilai harapan tingkat ketahanan padi terhadap Blas pada kelas ke-i. Untuk melihat nisbah pola pewarisan sederhana (segregasi diploid) digunakan analisis genetika sesuai dengan rasio genetika Mendel (Allard 1960; Wagner et al. 1980). Pendugaan komponen ragam ditentukan dengan persamaan menurut Kearsey (1993) sebagai berikut: VP1 = E VP2 = E VF1 = E VF2 = ½ D + ¼ H + E VBCP1 = ¼ D + ¼ H – ½ F + E VBCP2 = ¼ D + ¼ H + ½ F + E Tabel 1. Skala skor penyakit Blas daun tanaman padi (IRRI 1996) Skor gejala 0 1
Sifat T T
Keterangan Tidak ada gejala serangan Terdapat bercak sebesar ujung jarum (LDT = 0.5%) Bercak lebih besar dari ujung jarum (LDT = 2 T 1%) 3 T Bercak keabu-abuan, berbentuk bundar dan agak lonjong, panjang 1-2 mm dengan tepi cokelat (LDT = 2%) Bercak khas Blas, panjang 1-2 mm, LDT < 5% 4 MT Bercak khas Blas, LDT 5-10% 5 MT 6 R Bercak khas Blas, LDT 10-25% 7 R Bercak khas Blas, LDT 26-50% 8 R Bercak khas Blas, LDT 51-75% R Bercak khas Blas, LDT 76-100% 9 T: tahan, MT: medium tahan, R: rentan, LDT: luas daun terserang
VP1, VP2, VF1, VBCP1, VBCP2 masing-masing adalah ragam P1, P2, F1, F2, BCP1, dan BCP2. Awal pendugaan parameter dilakukan dengan menduga nilai E = (VP1 + VP2 + 2VF1)/4. Selanjutnya nilai E disubstitusikan ke persamaan, sehingga diperoleh nilai D, H, dan F. Nilai E adalah jumlah pengaruh lingkungan, D jumlah pengaruh aditif, H jumlah pengaruh dominan, dan F jumlah pengaruh interaksi aditif dan dominan. Heritabilitas arti luas, arti sempit, dan rasio dominansi sifat ketahanan Blas pada tanaman padi ditentukan sesuai dengan rumus Kearsey (1993) sebagai berikut: ½D H2 ns = ½D+¼H+E ½D+¼H H2 bs = ½ D + ¼ H + E Rasio Dominansi: √(H/D), H2ns = narrow sense heritability, H2bs = broad sense heritability, D = ragam aditif, H = ragam dominan, E = ragam lingkungan. Analisis pola pewarisan dengan rataan generasi dilakukan dengan uji kesesuaian model genetika secara bertahap yang dimulai dengan uji model genetika sederhana, yaitu model genetika aditif dominan, yang hanya menyertakan komponen rataan tetua [m], pengaruh aksi gen aditif [d] dan pengaruh aksi gen dominan [h]. Untuk ini dilakukan uji skala (scalling test) terhadap rataan generasi (Singh & Chaudhary 1979). Dalam uji skala ini, rataan generasi BCP1, BCP2, dan F2 diuji secara terpisah dan secara berurutan masing-masing disebut sebagai skala A (= 2BCP1–P1–F1), B (=2BCP2–P2–F1), dan C (= 4F2–2F1–P1–P2). Jika nilai skala sama dengan nol berarti keragaman yang diamati pada rataan suatu generasi mengikuti model aditif dominan. Namun jika tidak menunjukkan adanya pengaruh interaksi antarlokus, selanjutnya diuji dengan model genetika yang menyertakan komponen interaksi, yaitu uji skala gabungan (Joint Scalling Test). Uji ini menggunakan seluruh generasi secara bersama-sama (Mather & Jinks 1982). Enam parameter genetika dari model yang menyertakan pengaruh interaksi adalah [m] = pengaruh rataan generasi, [d] = pengaruh aditif, [h] = pengaruh dominan, [i] = pengaruh interaksi aditif x aditif, [j] = pengaruh interaksi aditif x dominan, dan [l] = pengaruh interaksi dominan x dominan. Jadi model genetika yang menyertakan pengaruh interaksi adalah [m][d][h][i]; [m][d][h][j]; [m][d][h][l]; [m][d][h][i][j]; [m][d][h][i][l]; dan [m][d][h][i][j][l]. Setiap model diuji kebaikan suainya (Goodness of fit) dengan χ2 terboboti. Pada model yang sesuai (nilai χ2 tidak nyata), semua komponen model berbeda dari nol. Model lengkap (enam parameter) tidak dapat diuji dengan Goodness of fit karena kekurangan derajat bebas. HASIL Rataan Generasi dan Sebaran Frekuensi. Luas daun terserang menunjukkan tingkat ketahanan terhadap serangan penyakit Blas. Semakin besar LDT menunjukkan semakin rentan tanaman. Reaksi ketahanan populasi tanaman padi generasi F2 berbeda untuk setiap ras penyakit Blas (Tabel 2). Rataan tingkat ketahanan tanaman padi generasi F2 terhadap Ras 001 lebih tinggi dibandingkan dengan kedua tetuanya.
Vol. 13, 2006
PEWARISAN KETAHANAN PENYAKIT BLAS DARI ORYZA RUFIPOGON 109
Sebaliknya, ketahanan padi terhadap serangan Ras 033 lebih rendah dari tetuanya, sedangkan terhadap Ras 173 berada di antara kedua tetua yang digunakan. Reaksi ketahanan pada populasi F2 terhadap Ras 033 sebagian besar mencapai skor 3, yang berarti luas daun yang terserang mencapai 2%. Pola yang sama juga terjadi pada Ras 173, sedangkan terhadap Ras 001 terbanyak pada skor 4, yang berarti luas daun terserang mencapai kurang lebih 5% (Gambar 1). Tabel 2. Intensitas serangan ketiga Ras 001, 033, dan 173 Populasi P1 P2 F1 F2 BCP 1 BCP 2
Luas daun terserang (LDT) (%) Ras 001 Ras 033 Ras 173 Rataan + SE Var. Rataan + SE Var. Rataan + SE Var. 5.30 + 0.80 9.70 3.50 + 0.58 6.79 6.60 + 0.69 9.42 3.90 + 0.69 9.61 4.80 + 0.75 11.25 3.20 + 0.34 2.27 1.80 + 0.40 4.67 3.90 + 0.28 2.41 6.10 + 1.74 10.33 5.40 + 0.48 22.91 4.41 + 0.34 11.75 4.90 + 0.29 99.86 0.90 + 0.12 0.28 4.00 + 0.75 11.37 5.10 + 0.28 10.62 2.00 + 0.31 1.90 6.60 + 1.47 43.08 8.80 + 1.43 41.15
Var. = varian, SE = standar eror
40
Ras 033
Frekuensi
30 20 10 0
1
2
3 Skor
5
Ras 173
40
Frekuensi
4
Nisbah genetika fenotipe padi tahan: media tahan: rentan pada generasi F2, terhadap Ras 001 dan Ras 033 mengikuti pola 9:6:1 (Tabel 3). Ini menunjukkan bahwa sifat ketahanan padi dikendalikan minimal oleh dua gen dominan dengan interaksi duplikat resesif. Nisbah genetika untuk sifat ketahanan padi terhadap Ras 173 adalah 10:3:3, menunjukkan bahwa sifat ketahanan padi diperankan oleh minimal dua gen dengan pengaruh interaksi kompleks. Pendugaan Komponen Ragam dan Heritabilitas. Peranan aksi gen aditif dalam ragam yang diwariskan atau pendugaan komponen ragam (Tabel 4), menunjukkan bahwa rasio dominansi untuk sifat LDT terhadap Ras 001 adalah terbesar dibandingkan dengan sifat LDT terhadap Ras 033 dan 173. Ras 033 memiliki ragam aditif lebih besar dibandingkan dengan ragam dominan, demikian juga untuk LDT Ras 173. Nilai heritabilitas untuk LDT Ras 001 adalah H2bs = 91.20% dan H2ns= 73.20% lebih besar dibandingkan LDT dengan Ras 033 dan 173. Nilai H2bs untuk LDT Ras 033 dan 173 secara berturutturut mencapai 50.30 dan 55.20%, sedangkan H2ns mencapai 16.98% untuk LDT Ras 033 dan 46.70% untuk LDT Ras 173. Aksi gen dominan pada tanaman padi berperan dalam menentukan variabilitas karakter LDT ini, dengan rasio dominansi terhadap Ras 001 sebesar 1.00, sedangkan LDT terhadap Ras 033 dan 173 secara berturut-turut mencapai 0.70 dan 0.58. Kesesuaian Model Genetika Aditif Dominan. Nilai skala A, B, dan C untuk ketiga ras uji tidak sama dengan nol. Tabel 5 menunjukkan bahwa sifat ketahanan berdasarkan persentase LDT tidak cukup dijelaskan dengan model genetika aditif dominan. Oleh karena itu diperlukan suatu model yang menyertakan pengaruh interaksi gen (epistasis) untuk menerangkan kendali genetika dari sifat ketahanan padi terhadap Ras 001, Ras 033, dan Ras 173.
30
Tabel 3. Uji khi-kuadrat (÷2) nisbah genetika segregasi sifat ketahanan terhadap ketiga ras Blas, pada populasi padi generasi F2
20
Nisbah genetika (T:MT:R)
Probabilitas
Ras 001 Ras 033 9:6:1 0.27tn 0.42tn 10:3:3 T: tahan, MT: medium tahan, R: rentan, tn: tidak nyata
10
Ras 173 0.68tn
0 1
2
3 Skor
4
5 Tabel 4. Komponen ragam dan parameter genetika untuk sifat ketahanan terhadap tiga ras Blas
Frekuensi
Ras 001 40
Parameter
20 0 1
2
3
4
5
6
Skor Gambar 1. Grafik sebaran frekuensi tingkat skor populasi tanaman padi generasi F2 (IR64 x O. rufipogon) terhadap masingmasing ras uji cendawan Blas.
VP VE H D √ H/D H2 bs (%) H2 ns (%)
Luas daun terserang (LDT) (%) Ras 001 57.88 5.84 40.55 24.44 0.10 91.20 73.20
Ras 033 46.15 5.27 42.73 87.30 0.70 50.30 16.98
Ras 173 73.65 7.34 18.49 55.90 0.58 55.20 46.70
VP = ragam fenotipe, VE = ragam lingkungan, H = ragam dominan, D = ragam aditif, √ H/D = rasio dominansi
110
UTAMI ET AL.
Hayati
Hasil uji kesesuaian model genetika dengan interaksi nonalelik (Tabel 6) menunjukkan bahwa ketahanan padi terhadap Ras 001, mempunyai dua model genetika yang sesuai, yaitu [m][d][h][i][j] dan [m][d][h][j][l]. Ketahanan padi terhadap Ras 033 mempunyai 4 model genetika, yaitu: [m][d][h][i], [m][d][h][l], [m][d][h][i][j] dan [m][d][h][i][l], sedangkan model genetika untuk sifat ketahanan padi terhadap Ras 173 ada dua model, yaitu [m][d][h][j] dan [m][d][h][l]. Pengujian komponen model genetika terhadap Ras 001 (Tabel 6), menunjukkan bahwa komponen aditif [d] tidak berbeda nyata (P < 0.01). Dengan demikian komponen ini tidak dapat diikutsertakan dalam model karena tidak berkontribusi nyata. Pengujian komponen model-model genetika Ras 033 diambil model genetika yang mempunyai komponen paling lengkap yaitu [m][d][h][i][j][l], menunjukkan bahwa komponen aditif [d] dan komponen dominan [h] berbeda nyata (P < 0.01). Beberapa tipe interaksi dari komponen aditif berperan nyata, seperti interaksi aditif x dominan [j] dan aditif x aditif [i]. Bentuk interaksi aksi gen yang lain adalah [l]: dominan x dominan. Pada Ras 173, dua model genetika tanaman padi yang sesuai diketahui bahwa komponen dominan [h] tidak berkontribusi secara nyata (P < 0.01), sedangkan untuk komponen aditif [d] berkontribusi ke dalam model secara nyata (P < 0.01). Interaksi digenik yang nyata adalah [i] : aditif x aditif (Tabel 7). Tabel 5. Uji Skala (+ SE) rataan generasi untuk intensitas serangan tiga ras Blas Skala A B C
Ras 001
Ras 033
-3.50 (+ 7.95) tn -9.65 (+ 7.12) tn -2.29 (+ 8.01)*
Ras 173
-1.23 (+ 7.59) tn 8.02 (+ 13.64)* -0.30 (+ 8.01) tn
-9.67 (+ 7.21)* -28.86 (+ 10.94)** 2.29 (+ 6.59)tn
SE: standar eror, tn : tidak nyata, p > 0.05, *: nyata pada p < 0.05 dengan uji t, **: nyata pada p < 0.01
Table 6. Model genetika sifat ketahanan padi terhadap tiga ras uji patogen Blas berdasarkan uji skala gabungan Model genetika [m][d][h][i] [m][d][h][j] [m][d][h][l] [m][d][h][i][j] [m][d][h][i][l] [m][d][h][j][l] tn
Intensitas serangan (%) Ras 001 30.76** 12.01** 30.38** 1.15tn 900.05** 1.15tn
Ras 033
Ras 173
7.64tn -1778.64** 7.70tn 7.17tn 8.77tn 90870.10**
23.03** 12.69 tn 12.96 tn 25.20** 66.65** 490.57**
: tidak nyata, **: nyata pada P < 0.01 dengan uji χ2 test
PEMBAHASAN Aksi gen pengendali sifat ketahanan tanaman padi terhadap ras patogen Blas berbeda-beda. Terhadap Ras 033 dan Ras 173, aksi gen aditif berperan dalam penentuan tingkat ketahanan, sedangkan terhadap Ras 001 tidak terlihat peran aksi gen aditif. Aksi gen aditif tidak ditemukan dengan analisis segregasi dengan nisbah genetika menurut Mendel tetapi terlihat dengan analisis rataan generasi yang menyertakan rataan enam populasi tanaman padi. Ras 033 dan Ras 173 adalah cendawan Blas yang termasuk ke dalam ras dengan tingkat virulensi medium dan tinggi, sedangkan Ras 001 memiliki tingkat virulensi yang rendah. Hasil penelitian Gee et al. (2001) menunjukkan bahwa peningkatan virulensi dari patogen Blas dapat mengaktifkan pathogenesis related (PR) protein gen famili (family genes) pada tanaman padi sebagai respons dari sistem pertahanannya. Aksi gen aditif lebih terlihat pada ras yang virulen dibandingkan dengan ras virulensi rendah karena terinduksinya gen famili dalam suatu lokus kuantitatif yang efeknya aditif. Namun demikian, Menurut Paterson et al. (1991), aksi gen pada lokus kuantitatif pada progeni yang mempunyai rataan fenotipe yang lebih tinggi dibandingkan dengan kedua tetuanya dapat disebabkan adanya alel overdominan. Alel tersebut membawa satu kopi yang mempunyai efek lebih besar dibandingkan dengan dua kopi. Analisis nisbah segregasi, rasio fenotipe tahan: media tahan: rentan pada populasi padi generasi F2 (IR64 x O. rufipogon) terhadap cendawan Blas, Ras 001, dan 033 adalah 9:6:1. Jadi interaksi gen ketahanan tanaman padi terhadap Ras 033 ini kemungkinan interaksi gen sama dengan interaksi gen ketahanan tanaman padi terhadap Ras 001. Pada Ras 173 rasio fenotipe padi generasi F2 (IR64 x O. rufipogon) lebih mendekati model interaksi gen 10:3:3. Allard (1960) dan Wagner et al. (1980) mengemukakan bahwa tipe ketahanan padi dengan rasio fenotipe seperti terhadap Ras 001 dan 033 adalah tipe ketahanan dengan interaksi gen duplikat, sedangkan terhadap Ras 173 adalah tipe ketahanan dengan interaksi gen kompleks. Berdasarkan rasio dominansi, aksi gen dominan sifat ketahanan pada populasi ini terhadap cendawan Blas Ras 001 lebih besar dibandingkan dengan dua ras cendawan Blas yang lainnya. Peranan gen dominan pada populasi ini lebih besar terhadap cendawan Blas Ras 033 dan sebaliknya aksi gen aditif lebih besar terhadap Ras 173. Nilai heritabilitas arti luas (H2bs) yang
Tabel 7. Analisis komponen model genetika dari sifat ketahanan padi terhadap tiga ras uji patogen Blas Ras Ras 001 Ras 033 Ras 173
Komponen model genetika m 3.71** (+ 0.56) 6.77** (+ 1.00) 5.13** (+ 0.53)
d -0.57tn (+ 0.43) 10.60** (+ 0.20) -1.64** (+ 0.34)
h 8.77** (+ 3.30) -555.75** (+ 0.94) 0.83tn (+ 0.93)
i -5.34** (+ 1.62) -1.72** (+ 0.21) -6.04** (+ 1.43)
j -11.03** (+ 2.03) -719.06** (+ 0.58) -0.58tn (+ 3.15)
l -10.68** (+ 3.42) -257.55** (+ 0.28) 1.70tn (+ 2.91)
Epistasis Duplikat Duplikat Komplementer
**nyata dengan uji t pada P < 0.01; m: mean, d: aditif, h: dominan, i: aditif x aditif, j: aditif x dominan, dan l: dominan x dominan. Nilai nyata atau tidaknya komponen genetika pada uji t ini didasarkan pada rasio nilai varian dengan standar eror, dimana ** adalah nyata apabila rasionya > 2.58 (P < 0.01), * adalah nyata pada apabila rasionya > 1.96 ( P < 0.05), dan tn adalah tidak nyata apabila rasionya < 1.96
Vol. 13, 2006
PEWARISAN KETAHANAN PENYAKIT BLAS DARI ORYZA RUFIPOGON 111
tinggi untuk sifat ketahanan padi terhadap cendawan Blas Ras 001 menunjukkan bahwa potensi genetika untuk sifat ini cukup besar sehingga seleksi sifat ketahanan terhadap cendawan Blas Ras 001 ini dapat dilakukan berdasarkan sifat ketahanan. Berdasarkan nilai H2ns yang terlihat, peranan aksi gen aditif dalam pewarisan genetika sifat ketahanan padi yang paling besar yaitu terhadap cendawan Blas Ras 173. Adanya aksi gen aditif ini mengindikasikan bahwa kemajuan seleksi padi dapat diharapkan untuk mendapatkan galur-galur padi yang potensial. Namun demikian, pendugaan genetika dapat dilakukan dengan baik apabila tidak terdapat interaksi gen epistasis dan keterpautan gen (Allard 1960). Hasil pendugaan model genetika padi yang mengendalikan sifat ketahanan terhadap ketiga ras di atas menunjukkan adanya peranan interaksi gen epistasis, sehingga pendugaan ragam genetika di atas tidak terbebas dari bias. Interaksi gen epistasis duplikat akan menyebabkan nilai D yang diduga lebih besar dari yang sebenarnya (Mather & Jinks 1982). Adanya pengaruh interaksi gen selain aditif x aditif dalam pola pewarisan sifat ketahanan padi terhadap ketiga ras uji menyebabkan pendugaan terhadap kemajuan seleksi berdasarkan parameter genetika di atas harus dilakukan lebih hati-hati. Pengaruh aksi gen epistasis tidak dapat difiksasi, sehingga seleksi sebaiknya tidak dilakukan pada generasi awal yang masih bersegregasi (Stoskopf 1993). Selain analisis rataan intensitas serangan patogen Blas pada populasi padi generasi F2 (IR64 x O. rufipogon), aksi gen juga dapat terlihat dari sebaran frekuensi progeni padi yang lebih unggul dibandingkan dengan tetuanya. Persilangan antara dua tetua yang memiliki fenotipe mirip, mempunyai kemungkinan untuk mendapatkan progeni superior dibandingkan dengan kedua tetuanya dan disebut sebagai transgresi (Simmonds 1979). Simon (1994) mengemukakan bahwa segregasi transgresi lebih diperankan oleh aksi gen aditif. Jumlah fenotipe padi superior tahan pada populasi F 2 (IR64 x O. rufipogon) terhadap Ras 001 ada tiga tanaman, terhadap Ras 033 sebanyak empat tanaman, dan terhadap Ras 173 sebanyak sembilan tanaman. Hal ini menunjukkan bahwa aksi gen aditif semakin terlihat dengan semakin tingginya virulensi ras uji yang digunakan. Oleh karena itu model genetika yang sesuai untuk sifat ketahanan tanaman padi terhadap Ras 001 adalah [m][h][i][j][l]. Komponen dominan [h] berkontribusi secara nyata (P < 0.01), demikian juga komponen interaksinya (dominan x dominan [l]) dan (dominan x aditif [j]). Komponen dominan [h] dan interaksinya (dominan x dominan [l]), mempunyai tanda yang berlawanan sehingga mengindikasikan adanya interaksi gen duplikat epistasis (Mather & Jinks 1982). Komponen interaksi dominan x aditif [j] bertanda negatif, mungkin disebabkan efek aditif berlawanan dengan arah seleksi. Seleksi dilakukan berdasarkan intensitas serangan yang kecil, dengan tujuan mendapatkan tanaman dengan tingkat ketahanan yang tinggi (Rahman & Saad 2000). Adanya pengaruh interaksi gen aditif ini memungkinkan dilakukan seleksi berdasarkan karakter ini, sedangkan adanya pengaruh aksi gen dominan dan interaksinya dapat bermanfaat untuk pembentukan padi hibrida.
Hasil analisis model genetika populasi F2 (IR64 x O. rufipogon) untuk ketahanan padi terhadap cendawan Blas Ras 033, menunjukkan bahwa karakter ketahanan padi berdasarkan luasan daun terserang Ras 033, diperankan oleh aksi gen dominan dengan pengaruh beberapa model interaksi non alelik (epistasis). Model tersebut adalah: aditif x aditif, aditif x dominan, dan dominan x dominan. Adanya pengaruh aksi gen dominan yang berlawanan tanda dengan komponen interaksi dominan x dominan menunjukkan adanya interaksi gen yang bersifat epistasis duplikat. Jadi, hasil pengujian di atas menunjukkan bahwa kendali genetika untuk sifat ketahanan padi terhadap cendawan Blas Ras 001 dan Ras 033 lebih diperankan oleh aksi gen dominan dengan pengaruh interaksi nonalelik yang bersifat epistasis duplikat. Adanya pengaruh aksi gen dominan dan interaksinya ini dapat dimanfaatkan untuk membentuk padi hibrida tahan patogen Blas Ras 001 dan 033. Karakter ketahanan berdasarkan luasan daun padi terserang Ras 173, diperankan oleh aksi gen aditif dengan pengaruh adanya interaksi nonalelik, yaitu: dominan x dominan. Komponen aditif [d] bertanda sama dengan bentuk interaksinya aditif x dominan [j], menunjukkan bahwa terdapat bentuk interaksi gen epistasis komplementer. Adanya pengaruh aksi gen aditif dan interaksinya ini dapat dimanfaatkan untuk pembentukan padi galur murni padi tahan patogen Blas Ras 173, tetapi harus dilakukan dengan strategi seleksi yang dilakukan pada generasi lanjut (Rao et al. 2004). Informasi genetika yang berperan dalam sifat ketahanan terhadap petogen Blas sangat membantu dalam program perakitan galur tahan Blas yang bersifat durable resistance (Lei et al. 2005). DAFTAR PUSTAKA Ahn SN et al. 2000. Molecular mapping of a new gene for resistance to rice Blast (Pyricularia grisea Sacc.). J Eup 116:17-22. Allard RW. 1960. Principles of Plant Breeding. Sydney: John Wiley & Sons, Inc. Amante BA et al. 1992. Transfer of bacterial blight and Blast resistance from the tetraploid wild rice Oryza minuta to cultivated rice, Oryza sativa. J Theor Appl Genet 84:345-354. Baker B, Zambryski P, Staskawicz B, Dinesh-Kumar SP. 1997. Signaling in plant-microbe interactions. J Sci 276:726-733. Bonman JM, Vergel De Dios TI, Khin MM. 1986. Physiologic specialization of P. oryzae in the Philippines. Plant Disease 70:767-769. Dean RA, Lee YH, Mitchell TK, Whitehead DS. 1994. Signaling System and Gene Expression Regulating Appressorium Formation in Magnaporthe grisea. Rice Blast Disease. Philippines: CAB, Int, IRRI. Dioh W, Tharreau D, Notteghem JL, Orbach M, Lebrun MH. 2000. Mapping of avirulence genes in the rice Blast, Magnaporthe grisea, with RFLP and RAPD markers. J Amer Phytopathol Soc 13:217227. Gee MJD, Hamer JE, Hodges TK. 2001. Characterization of a PR-10 pathogenesis-related gene family induced in rice during infection with Magnaporthe grisea. J Mol Plant Microbe Interact 14:877886. George MLC, Nelson RJ, Zeigler RS, Leung H. 1998. Rapid genetic analysis of Magnaporthe grisea with PCR using endogenous repetitive DNA sequences. Phytopathology 88:223-229. [IRRI] International Rice Research Institute. 1996. Standard Evaluation System for Rice. Ed ke-4. Philippines: IRRI.
112
UTAMI ET AL.
Jones MP, Dingkuhn M, Aluko GK, Semon M. 1997. Interspecific Oryza sativa L. x O. glabberrima Steud. Progenies in upland rice improvement. J Eup 92:237-246. Kearsey MJ. 1993. Biometrical genetics in breeding. Di dalam: Hayward MD, Bosemark NO, Romagosa I (ed). Plant Breeding. Principles and Prospect. London: Chapman & Hall. Lei CL et al. 2005. Molecular mapping of a Blast resistance gene in Indica rice cultivar Yanxin No.1. J Rice Genet News 22:76-77. Mather K, Jinks JL. 1982. Biometrical Genetics. London: Chapman & Hall. Ou SH. 1985. Rice Diseases. Ed ke-2. England: Commonwealth Mycology Institut, Surrey. Orbach MJ, Farrall L, Sweigard JA, Chumley FG, Valent B. 2000. A telomeric avirulence gene determines efficacy for the rice Blast resistance gene Pi-ta. Plant Cell 12:2019-2032. Paterson AH, Tanksley SD, Sorrells ME. 1991. DNA markers in plant improvement. J Adv Agro 46:39-90. Rahman MA, Saad MS. 2000. Estimation of additive, dominance and digenic epistatic interaction effects for certain yield characters in Vigna sesquipedalis Fruw. J Euph 114:61-66. Rao ZM et al. 2004. Genetic dissection of Blast resistances at different growth stages in rice (Oryza sativa L.). J Rice Gen Newsl 19:1-3. Rossman AY, Howard RJ, Valent B. 1990. Pyricularia grisea, The correct name for the rice Blast disease fungus. J Mycologia 82:509512. Saka N. 2006. A Rice (Oryza sativa L.) Breeding for field resistance to Blast disease (Pyricularia oryzae) in Mountainous Region Agricultural Research Institute, Aichi Agricultural Research Center of Japan. Plant Prod Sci 9:3-9.
Hayati Scardaci SC et al. 1997. Rice Blast: a new disease in California. J Agr Fact Sheet Ser 1:2-5. Septiningsih EM, Moeljopawiro S, McCouch SR. 2002. An advanced backcross population derived from Oryza sativa variety IR64 and its wild relative, O. rufipogon. I. Identification and mapping of quantitative trait loci (QTL) for yield and yield components. J Theor Appl Genet 107:1419-1432. Singh RK, Chaudhary BD. 1979. Biometrical Method in Quantitative Genetics Analysis. New Delhi: Kalyani Publ. Simmonds NW. 1979. Principles of Crop Improvement. London: Longman Group. Simon MR. 1994. Gene action and heritability for photosynthetic activity in two wheat crosses. J Eup 76:235-238. Stoskopf NC. 1993. Plant breeding: Theory and Practice. Boulder: Westview Pr. Utami DW, Amir M, Moeljopawiro S. 2000. Analisis RFLP kelompok ras dan haplotipe isolate Blas dengan DNA pelacak MGR 586. J Bio Pert 5:28-33. Utami DW, Moeljopawiro S, Septiningsih EM, Aswidinnoor H, Sujiprihati S. 2001. Introgresi sifat ketahanan Blas dari spesies padi liar Oryza rufipogon ke dalam IR 64. J Bio Pert 6:51-58. Wang GL et al. 1994. RFLP Mapping of Genes Conferring Complete and Partial Resistance to Blast in a Durably Resistant Rice cultivar. Genetics 136:1421-1434. Wagner RP, Judd BH, Sanders BG, Richardson BH. 1980. Introduction to Modern Genetics. New York: John Wiley & Sons.
